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低高差开式自然循环系统热工水力特性研究

摘要

开式自然循环系统作为在反应堆出现非设计基准事故时，用于降低安全壳内温压保

证安全壳完整性的有效方法，在海上核电领域，开式自然循环系统也逐步受到人们的越

来越多的关注。由于舱室的体积限制，其上的开式自然循环系统并不能与陆地堆一样采

用大高差的布置方式。且由于舱室的限制其往往会在上升段中存在较大的水平管段。

因此本研究着眼于某浮动电站的低高差的开式自然循环系统，通过实验分别对开式

自然循环系统自身的各阶段运行特性与注气对该系统运行特性的影响以及安装汽水分

离器对该汽水分离器的影响进行了研究。在实验基础上使用RELAP5对该系统进行仿真

建模，并对各实验工况进行了复现，在对比实验结果后对RELAP5的仿真结果进行了评

估。最后，使用RELAP5对另外三种可能的系统改进方案进行了分析。

最终实验与仿真结果都表明：该开式自然循环系统的运行随着入口水温变化将依次

经历稳定的单相流动、不稳定的单相-两相过渡流动以及稳定的两相流动三个阶段，但与

其他不同的是，其在单相两相过渡阶段可能会出现换热器内的沸腾现象，这与其低高差

的特点有较大关系；该系统在闭阀启动的过程中会出现两次流量的升高，第一次是由于

系统上升段与下降段单相水的密度差产生的较小驱动力，第二次是由于系统上升段出现

闪蒸后下降段的水与上升段的汽水混合物产生的较大密度差；在系统的上升段竖直进行

注气则可以有效消除系统单相-两相过渡阶段所出现自然循环振荡现象，且对注气量的

需求并不大，在工程应用中有极大的优势；而汽水分离器则能有效消除水位降低导致的

自然循环驱动力不足对系统所带来的不利影响，且在其他工况中对系统的运行没有不利

影响。

关键字：开式自然循环系统；安全壳热量导出系统；闪蒸；RELAP5

I

低高差开式自然循环系统热工水力特性研究

ABSTRACT

Asaneffectivemethodtoreducethetemperatureandpressureinsidethecontainment

vesselandensuretheintegrityofthecontainmentvesselintheeventofbeyond-design-basis

accidentsinreactors,opennaturalcirculationsystemshavegraduallyattractedmoreattention

inthefieldofoffshorenuclearpower.Duetothelimitedvolumeofthecompartment,theopen

naturalcirculationsystemonitcannotadoptthelayoutwithlargeheightdifferenceslikeland-

basedreactors.Moreover,duetotheconstraintsofthecompartment,thereoftenexistsa

significanthorizontalpipesegmentintherisingsection.

Therefore,thisstudyfocusesonthelowheightdifferenceopennaturalcirculationsystem

ofafloatingpowerstation.Throughexperiments,theoperationalcharacteristicsofeachstage

oftheopennaturalcirculationsystemitself,theinfluenceofairinjectionontheoperational

characteris